(57)【要約】【課題】  本発明は、信号を無線で送信する送信回路、および、送信回路と受信回路を含み回転軸のトルクを測定するトルク測定器に関し、異なる動作速度をもつ信号伝送系や信号受信系であっても共通化可能な、送信回路とする。【解決手段】  センサによりピックアップされた信号を、２値信号であって所定の繰返し周期一周期内の信号によって１ビット分の論理値を表すデジタル信号に変換する信号変換部と、信号変換部によって生成されたデジタル信号を送信する信号送信部と、上記の繰り返し周期を設定する周期設定部とを有し、信号変換部が、センサによりピックアップされた信号を、周期設定部で設定された繰り返し周期一周期ごとに１ビット分の論理値を表わすデジタル信号に変換する。【選択図】        図６
2013050867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサによりピックアップされた信号を、２値信号であって所定の繰返し周期一周期内の信号によって１ビット分の論理値を表すデジタル信号に変換する信号変換部と、
前記信号変換部によって生成されたデジタル信号を送信する信号送信部と、
前記繰り返し周期を設定する周期設定部とを有し、
前記信号変換部が、前記センサによりピックアップされた信号を、前記周期設定部で設定された繰り返し周期一周期ごとに１ビット分の論理値を表わすデジタル信号に変換するものであることを特徴とする送信回路。
【請求項２】
前記信号変換部は、前記センサによりピックアップされた信号を、マンチェスタ符号化方式により符号化されたデジタル信号に変換するものであることを特徴とする請求項１記載の送信回路。
【請求項３】
同軸の２つの回転軸の中間に配置され該２つの回転軸双方の互いに対向した各一端が固定されて該２つの回転軸の回転に伴って回転する回転子と、
前記回転子を回転方向に取り巻く固定子と、
前記回転子に取り付けられて前記２つの回転軸を伝達するトルクを計測するトルクセンサと、
前記固定子に取り付けられたステータと前記回転子に取り付けられたロータとを有し、前記固定子側から前記回転子側への電力の供給と前記回転子側から前記固定子側への信号の伝達とを担うロータリトランスと、
前記トルクセンサでピックアップされたトルク信号を前記ロータリトランスを介在させて前記固定子側に送信する、前記回転子に取り付けられた送信回路と、
前記固定子側に配置され前記ロータリトランスを介在させて送信されてきた信号を受信する受信回路とを備え、
前記送信回路が、
前記トルクセンサによりピックアップされたトルク信号を、２値信号であって所定の繰返し周期一周期内の信号によって１ビット分の論理値を表すデジタル信号に変換する信号変換部と、
前記信号変換部によって生成されたデジタル信号を送信する信号送信部と、
前記繰り返し周期を設定する周期設定部とを有し、
前記信号変換部が、前記トルクセンサによりピックアップされた信号を、前記周期設定部で設定された繰り返し周期一周期ごとに１ビット分の論理値を表わすデジタル信号に変換するものであることを特徴とするトルク測定器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、信号を無線で送信する送信回路、および、送信回路と受信回路を含み回転軸のトルクを測定するトルク測定器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より回転軸のトルクを測定するトルク測定器が知られている。このトルク測定器は、同芯に回転する２本の回転軸に挟まれた位置に連結されて、それらの回転軸が回転しているときのそれらの回転軸間のねじれにより生じる歪みを検出することにより、それらの回転軸のトルクを測定するものである。このトルク測定器は、２つの回転軸に連結されてそれらの回転軸とともに回転する回転子と、その回転子を回転方向に取り巻く固定子とを有し、回転子で検出された信号をロータリトランスを介して固定子に伝達し、その固定子に伝達された信号からトルクの測定値を得る構造を有している。特許文献１には回転子から固定子にロータリトランスを介して信号を伝達する信号伝達装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−１６２３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで近年では、上記のようなトルク検出器において、トルク検出器に従来より備えられているロータリトランスを介して、符号化されたデジタル信号を送信することが考えられている。トルクの測定値を表わすデジタル信号を送信するにあたっては、できるだけ短い時間で繰り返し送信した方がトルクの変化を受信回路側で速やかに高精度に認識することができて好ましい。ただし一方では、ロータリトランスなどの信号伝送系や受信回路などの信号受信系の動作速度の問題があり、その動作速度を越える高速信号を送信しても正確に伝送あるいは受信されないおそれがある。送信回路によるデジタル信号の送信速度を信号伝送系や信号受信系の動作速度に合わせて個々に設計することも考えられるが、その場合、例えばトルク測定器の機種によって別々の設計が必要となり、また、送信回路の互換性もなくなるため、複数種類の送信回路を管理する必要があるなど、問題が多い。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑み、異なる動作速度をもつ信号伝送系や信号受信系であっても共通化可能な送信回路、および、その送信回路が搭載されたトルク測定器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の送信回路は、
センサによりピックアップされた信号を、２値信号であって所定の繰返し周期一周期内の信号によって１ビット分の論理値を表すデジタル信号に変換する信号変換部と、
信号変換部によって生成されたデジタル信号を送信する信号送信部と、
上記の繰り返し周期を設定する周期設定部とを有し、
信号変換部が、センサによりピックアップされた信号を、周期設定部で設定された繰り返し周期一周期ごとに１ビット分の論理値を表わすデジタル信号に変換するものであることを特徴とする。
【０００７】
本発明の信号変換部は、上記の周期設定部を有し、信号変換部が、センサによりピックアップされた信号を、周期設定部で設定された繰り返し周期一周期ごとに１ビット分の論理値を表わすデジタル信号に変換するものであるため、信号伝送系や信号受信系の動作速度と合わせた繰り返し周期を設定することにより、異なる動作速度をもつ信号伝送系や信号受信系に適合させることができ、送信回路の共通化が図られる。
【０００８】
ここで、上記の本発明の送信回路において、信号変換部は、センサによりピックアップされた信号を、マンチェスタ符号化方式により符号化されたデジタル信号に変換するものであることが好ましい。
【０００９】
マンチェスタ符号化方式を採用すると、受信側で、送信回路の停止状態と送信回路の動作状態とを識別することができ、誤受信を低減することができる。
【００１０】
また、上記目的を達成する本発明のトルク測定器は、
同軸の２つの回転軸の中間に配置され該２つの回転軸双方の互いに対向した各一端が固定されてそれら２つの回転軸の回転に伴って回転する回転子と、
回転子を回転方向に取り巻く固定子と、
回転子に取り付けられて上記２つの回転軸を伝達するトルクを計測するトルクセンサと、
固定子に取り付けられたステータと回転子に取り付けられたロータとを有し、固定子側から回転子側への電力の供給と回転子側から固定子側への信号の伝達とを担うロータリトランスと、
トルクセンサでピックアップされたトルク信号をロータリトランスを介在させて固定子側に送信する、回転子に取り付けられた送信回路と、
固定子側に配置されロータリトランスを介在させて送信されてきた信号を受信する受信回路とを備え、
上記送信回路が、
トルクセンサによりピックアップされたトルク信号を、２値信号であって所定の繰返し周期一周期内の信号によって１ビット分の論理値を表すデジタル信号に変換する信号変換部と、
信号変換部によって生成されたデジタル信号を送信する信号送信部と、
上記の繰り返し周期を設定する周期設定部とを有し、
信号変換部が、トルクセンサによりピックアップされた信号を、周期設定部で設定された繰り返し周期一周期ごとに１ビット分の論理値を表わすデジタル信号に変換するものであることを特徴とする。
【００１１】
本発明のトルク測定器によれば、上記構成の送信回路を備えているため、ロータリトランスや受信回路の動作速度の異なる複数種類のトルク測定器において送信回路を共通化することができ、かつ、トルク信号を、その種類のトルク測定器に応じてできる限り高速に送信することができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上の本発明によれば、異なる動作速度をもつ信号伝送系や信号受信系であっても送信回路を共通化でき、その系に応じて最大限高速なデジタル信号を送信することができる。また本発明によれば、複数種類の物理量データの送信も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態としてのトルク測定器のハードウェア構成図である。
【図２】図１に示す構造のトルク測定器の使用例を示す図である。
【図３】マンチェスタ符号の説明図である。
【図４】図１に示す回転子に備えられた回転基板上の送信回路の概要を示すブロック図である。
【図５】図４に示す送信回路で行われる信号処理を示したフローチャートである。
【図６】本実施形態におけるデータ更新周期を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態としてのトルク測定器のハードウェア構成図である。
【００１６】
このトルク測定器１は回転子１０と固定子２０とを有する。
【００１７】
回転子１０は円盤形状を有し、回転中心軸Оを取り巻く複数の第１の取付穴１１と、その第１の取付穴１１よりも内側においてやはり回転中心軸Оを取り巻く複数の第２の取付穴１２とが形成されている。
【００１８】
この回転子１０は、２本の同芯の回転軸２ａ，３ａ（図２参照）の間に挟まるようにそれら２本の回転軸に連結される。それら２本の回転軸のうちの１本の回転軸は、回転子１０の表面側から第１の取付穴１１を使って回転子１０に連結され、もう１本の回転軸は、この回転子１０の裏面側から第２の取付穴１２を使って回転子１０に連結される。この回転子１０は２本の回転軸間を伝達するトルクに応じて、第１の取付穴１１が形成されている、回転中心軸Оから離れた側と、第２の取付穴１２が形成されている、回転中心軸Оに近い側との間でねじれを生じる構造となっており、そのねじれがトルクセンサ１３で検出される。このトルクセンサ１３でピックアップされた信号は回路基板１５に伝えられ、この回路基板１５上の電子回路で処理される。またこの回路基板１５には複数のセンサ配置部１８が設けられており、そこには温度センサ１４が配置されている。この温度センサ１４からの温度信号も回路基板１５上の電子回路で処理される。また、センサ配置部１８のうちの温度センサ１４に隣接した位置にあるセンサ配置部１８には、例えば気圧センサや湿度センサなど、その他の物理量計測用のセンサを配置することができる。ただし、ここでは、センサ配置部１８には温度センサ１４のみ配置されているものとして説明を続ける。
【００１９】
この回路基板１５上の電子回路での処理内容については後述する。
【００２０】
固定子２０は、回転子１０との間に僅かなすき間ｄを隔てて回転子１０を取り巻いている。回転子１０と固定子２０には、そのすき間ｄを隔てて、ロータリトランス３０（図１には不図示、図４，図５参照）を構成する、それぞれロータ１９とステータ２９が配置されている。このロータリトランス３０は、固定子２０側から回転子１０側への電力の供給と、回転子１０側から固定子２０側への信号の伝達を担っている。すなわち、回転子１０に備えられている回路基板１５上の電子回路は、固定子２０側からロータリトランス３０を介して供給されてきた電力で動作し、トルクセンサ１３や温度センサ１４でピックアップされたトルク信号および温度信号をロータリトランス３０を介在させて固定子２０側に送信する送信回路である。
【００２１】
また、固定子２０側にも回路基板２１が備えられている。この回路基板２１には、図示しない電源から供給されてきた電力を自分自身で受け取るとともにロータリトランス３０を介して回転子１０側に供給する電源回路と、回転子１０側からロータリトランス３０を介して送信されてきた信号を受信する受信回路とが搭載されている。
【００２２】
ここで、回転子１０に備えられている回路基板１５上の送信回路は、固定子２０側から電力の供給を受けた後、トルクセンサ１３や温度センサ１４で得られた信号の初回の送信に先立って、固定子２０側の回路基板２１に搭載されている受信回路との間でハンドシェーキングを行なうことなく単方向通信により、タイミング調整用の擬似信号を送信する。ここでは擬似信号として、トルクセンサ１３や温度センサ１４でピックアップされた信号としては有り得ない数値（本実施形態では‘ＦＦＦＦ’）を表す信号が使われている。この擬似信号は、受信回路側で受信ミスが発生する可能性を考慮し、複数回（本実施形態では３回）送信する。そして、この送信回路は、その擬似信号の送信が終わった後、トルクセンサ１３と温度センサ１４でそれぞれピックアップされたトルク信号および温度信号を時系列に繰り返し送信する。
【００２３】
さらに本実施形態では、後述するマンチェスタ符号化方式が採用されており、回転子１０側の送信回路および固定子２０側の受信回路は、マンチェスタ符号化方式により符号化された信号を、それぞれ送信および受信する。
【００２４】
図２は、図１に示す構造のトルク測定器の使用例を示す図である。
【００２５】
ここには、エンジン試験装置が示されており、エンジン２の回転軸２ａとダイナモ３に連結された回転軸３ａとの間にトルク測定器１が配置されている。
【００２６】
このエンジン試験装置では、エンジン２の負荷としてダイナモ３を用い、ダイナモ３で様々な負荷条件を再現してその負荷条件下での回転軸２ａ，３ａを伝達するトルクの変化が測定される。
【００２７】
図３はマンチェスタ符号の説明図である。
【００２８】
図３（Ａ）はバイナリ符号、図３（Ｂ）はマンチェスタ符号を示している。バイナリ符号における論理‘１’，論理‘０’は、互いに異なる２つの物理量、例えば図３（Ａ）に示すように電圧値の高い‘Ｈ’レベルと電圧値の低い‘Ｌ’レベルとで表わされる。これに対し、マンチェスタ符号では、論理‘１’，論理‘０’は、互いに異なる２つの物理量間での、互いに逆方向への遷移で表される。例えば、図３（Ｂ）に示すように、‘Ｈ’レベルから‘Ｌ’レベルへの遷移をもって論理‘１’、‘Ｌ’レベルから‘Ｈ’レベルへの遷移をもって論理‘０’と定義される。あるいはこれとは逆に、‘Ｌ’レベルから‘Ｈ’レベルへの遷移をもって論理‘１’、‘Ｈ’レベルから‘Ｌ’レベルへの遷移をもって論理‘０’と定義してもよい。
【００２９】
このマンチェスタ符号を採用すると、有効な信号が伝送されている限り、‘Ｈ’レベルと‘Ｌ’レベルとの間で常に遷移が発生しているので、送信側が停止している状態と信号を送信している状態とを識別することができる。
【００３０】
マンチェスタ符号自体については従来から知られているため、ここではこれ以上の詳細な説明は省略する。
【００３１】
図４は、図１に示す回転子に備えられた回転基板上の送信回路の概要を示すブロック図である。
【００３２】
図１に示すトルクセンサ１３および温度センサ１４でピックアップされたトルク信号および温度信号は、それぞれプリアンプ４１ａ，４１ｂによりＡＤ変換に適したレベルの信号にまで増幅されて、ＡＤ変換器４２により交互にデジタル信号に変換される。このデジタル信号に変換されたトルク信号および温度信号は符号器４３によりマンチェスタ符号化され、さらに送信器４４により、ロータリトランス３０を介しての送信に適した信号に変換されて、そのロータリトランス３０を構成するロータ１９に送られる。ロータ１９に送られた信号はステータ２９に伝達される。
【００３３】
また、この送信回路４０は、メモリを内蔵したＣＰＵ４５を備えている。このＣＰＵ４５は、プログラムの実行によりこの送信回路４０の全体を制御する。
【００３４】
さらに、この図４には、発振器４６が明示的に示されている。この発振器４６は、ＣＰＵ４５により調整された発振周波数のクロック信号を生成する。ここで、ＣＰＵ４５に内蔵されたメモリには、発振周波数の設定値が記憶されている。ＣＰＵ４５はそのメモリを参照して、そこに記憶されている発振周波数のクロック信号を生成するように発振器４６の発振周波数を調整する。
【００３５】
ＡＤ変換器４２、符号器４３、および送信器４４は、その発振器４６から供給されたクロック信号に基づいて動作する。すなわち、符号器４３も、ＣＰＵ４５から発振器４６に設定された発振周波数のクロック信号に基づいて動作する。したがってこの符号器４３では、トルクセンサ１３や温度センサ１４でピックアップされたトルク信号および温度信号が、発振器４６で生成されたクロック信号の発振周波数に対応した繰り返し周期一周期ごとに１ビットの論理値を表わす、マンチェスタ符号化されたデジタル信号に変換される。すなわち、このＣＰＵ４５における、発振器４６の発振周波数を設定する機能、および発振器４６が、データ送信の繰り返し周期を決定する周期決定部４７としての役割りを担っている。
【００３６】
尚、本願実施形態では、ＣＰＵ４５に内蔵されたメモリに記憶されている発振周波数の設定値をＣＰＵ４５が読み出して発振器４６の発振周波数をその設定値に応じた発振周波数に調整することで周期設定部４７を構成しているが、周期設定部は、このような構成に限定されるものではない。例えば、この周期設定部は、発振周波数の設定値をメモリに記憶しておくことに代えて、例えばディップスイッチのオン／オフのパターンで設定値を表わし、そのディップスイッチのオン／オフのパターンをＣＰＵ４５が読み取って発振器４６の発振周波数をそのオン／オフパターンに応じた発振周波数に調整するものであってもよい。あるいは、この周期設定部は、ＣＰＵ４５とは無関係に発振器４６に直接にディップスイッチを接続し、この送信回路４０に電源が投入されるとその発振器４６が、ＣＰＵ４５からの指示を待つことなく、そのディップスイッチのオン／オフパターンに応じた発振周波数で発振するものであってもよい。
【００３７】
本実施形態では、図４に示す送信回路４０を構成するＡＤ変換器４２と符号器４３が本発明における信号変換部の一例に相当し、送信器４４が本発明にいう信号送信部の一例に相当し、上述した周期設定部４７が、本発明にいう周期設定部の一例に相当する。
【００３８】
尚、ここでは、トルクセンサ１３および温度センサ１４でピックアップされた信号の送信について説明したが、この送信回路４０への電源投入時には、トルクセンサ１３および温度センサ１４からの信号のピックアップに先立って、ＣＰＵ４５の制御下で符号器４３により‘ＦＦＦＦ’の値を表す擬似信号が生成され、送信器４４およびロータリトランス３０を介して固定子２０（図１参照）側に伝達される。
【００３９】
ロータリトランスを介して固定子２０側に伝達されてきた信号は、固定子２０の備えられた回路基板上の受信回路により、図４に示す送信器４４で行なわれた送信のための変調が復調されてマンチェスタ符号により表わされた信号が取り出され、さらにその信号が、マンチェスタ符号化は逆の演算により復号化されて、トルクや温度を表わす信号が取り出される。
【００４０】
図５は、図４に示す送信回路で行われる信号処理を示したフローチャートである。
【００４１】
送信回路４０では、先ずＣＰＵ４５が初期化され（ステップＳ１１）、メモリに記憶されている発振周波数の設定値が参照され（ステップＳ１２）、発振器４６（図４参照）の発振周波数の調整が行なわれ（ステップＳ１３）、固定子２０の側の受信回路を含む全体が立ち上がるのに十分な時間待機する（ステップ１４）。次にカウンタｉが初期化（ｉ＝０）され（ステップＳ１５）、そのカウンタｉがｉ＝３に達するまで（ステップＳ１６）、起動用の擬似信号‘ＦＦＦＦ’を送信し（ステップＳ１７）、カウンタｉをカウントアップする（ステップＳ１８）。すなわち、ここでは、起動用の擬似信号が３回送信される。ステップＳ１６においてｉが３以上であると判定されると、その後は、ステップＳ１９とステップＳ２５との間が繰り返し実行される。すなわちここでは、今回読み込んだ信号がトルクと温度のいずれの信号であるか判定され（ステップＳ２０）、トルク信号のときはそのトルク信号に、トルクの信号であることを表すヘッダとチェックサムを付けて送信し（ステップＳ２１）、次に読み込むべき信号を温度に設定する（ステップＳ２２）。また、ステップＳ２０において今回読み込んだ信号が温度の信号であると判定されると、その温度信号に、温度の信号であることを表すヘッダとチェックサムを付けて送信し（ステップＳ２３）、次に読み込むべき信号がトルクに設定される（ステップＳ２４）。
【００４２】
一方、固定子２０側に備えられた受信回路にもＣＰＵが備えられていて、送信回路４０から受け取った信号の復調や復号化が行なわれ、トルクや温度の信号が取り出される。
【００４３】
本実施形態では、以上のようにして、立ち上げの初期段階において送信回路４０の発振器４６の発振周波数が調整される。この発振周波数の調整により、トルクセンサ１３や温度センサ１４で測定されたトルク測定値や温度測定値の送信の繰り返し周期が調整される。本実施形態では、このように、発振器４６の発振周波数を調整することによりトルク測定値や温度測定値の繰り返し周期を調整するようにしたため、トルク測定値や温度測定値を、このトルク測定器のロータリトランス３０や固定子２０側の受信回路の動作可能速度に応じた、できる限り高速な繰り返し周期で送信を繰り返すことができる。
【００４４】
さらに、本実施形態では、発振周波数の調整の後、送信回路４０から受信回路に向けてタイミング調整用の擬似信号を送信することにより送受信の同期をとっており、簡易な方法により正確な情報伝達を可能としている。
【００４５】
図６は、本実施形態におけるデータ更新周期を例示した図である。図６（Ａ）はデータ更新周期Ｔ＝４２０μｓのとき、図６（Ｂ）はデータ更新周期Ｔ＝２１０μｓのときの図である。
【００４６】
ここでは、送信すべきデータ（本実施形態ではトルク信号と温度信号）を１回ず送信するのに要する周期を、データ更新周期Ｔと称している。このデータ更新周期Ｔは、送信すべき信号の種類の数（本実施形態ではトルク信号と温度信号との２種類）が決まれば、あとは、図４に示す発振器４６の発振周波数で決定される、デジタル信号１ビット分の送信周期である繰り返し周期と一対一に対応している。
【００４７】
ロータリトランスや受信回路の動作速度が許せば、データ更新周期Ｔを図６（Ａ）のようにＴ＝４２０μｓとするのではなく、図６（Ｂ）のようにＴ＝２１０μｓとすると、受信側でデータ更新が速やかに行なわれ、例えば時間変化をグラフで表示したときに一層滑らかな曲線で表現することができる。
【００４８】
あるいは、ロータリトランスや受信回路が図６（Ｂ）のデータ更新周期Ｔ＝２１０μｓに応じた動作速度を有するときは、データ更新周期Ｔを４２０μｓから２１０μｓに短縮するのではなく、データ更新周期ＴをＴ＝４０μｓのままとし、図１に示すセンサ配置部１８に他の２種類のセンサを配置して、４種類の信号（例えばトルク信号と温度信号と気圧の信号と湿度の信号）を繰り返し送信することも可能である。
【００４９】
本実施形態では、トルク信号のほか温度信号を送信するとして説明したが、本発明のトルク測定器は、トルク信号のみを送信するものであってもよい。あるいは複数種類の信号を送信する構成であっても、トルク信号とともに送る信号は温度の信号である必要はなく、図６（Ｂ）を参照して説明した通り、例えば気圧や湿度など、様々な物理量を表す信号を送信してもよい。
【００５０】
さらには、本発明はトルク測定器のみでなく、例えば何らかの物理量の測定値を送信する一般の送信回路に広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１    トルク測定器
２    エンジン
２ａ，３ａ    回転軸
３    ダイナモ
１０    回転子
１３    トルクセンサ
１４    温度センサ
１５    回路基板
１８    センサ配置部
１９    ロータ
２０    固定子
２１    回路基板
２９    ステータ
３０    ロータリトランス
４０    送信回路
４１ａ，４１ｂ    プリアンプ
４２    ＡＤ変換器
４３    符号器
４４    送信器
４５    ＣＰＵ
４６    発振器
【図１】
2013050867.tif 000003
【図２】
2013050867.tif 000004
【図３】
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【図４】
2013050867.tif 000006
【図５】
2013050867.tif 000007
【図６】
2013050867.tif 000008